核聚變反應是兩個較輕的核結合釋放大量能量的過程,就是宇宙內所有的恆星燃燒的過程;核裂變則是較重的原子核分裂釋放大量能量的過程,就像原子彈爆炸的機制。科學家普遍認為,後者是自然界內極其罕見的過程。

最近兩位科學家提出一種新的理論:恆星內不僅也存在天然的核裂變反應,而且還可能正是由此觸發整顆恆星發生1a型超新星爆發。

當恆星壽命耗盡的時候,有的變成黑洞,有的變成中子星,有的變成白矮星。現在科學家發現,其中白矮星可能還會「再死」一次,發生1a型超新星爆發。這種超新星發出的亮度很穩定,被科學家當作宇宙中的「標準燭光」,用於測量宇宙膨脹的速率。

目前主流的理論認為,白矮星能夠發生這種超新星爆發,是受到伴星的作用觸發。除此之外,科學家想不到其它理由「引燃」白矮星發生超新星爆發。這份新研究想到了一種罕見的核裂變反應是源頭的可能性。

美國印第安納大學的物理學教授霍洛維茲(Charles Horowitz)和伊利諾伊州立大學的物理學助理教授卡普蘭(Matt Caplan)共同完成的研究認為,白矮星上可能有一種名為鈾雪花(uranium snowflakes)的放射物質晶體引發一系列的核爆炸。

他們猜測,恆星變成白矮星後大約1億年之後,白矮星冷卻到足夠的程度,讓裏面的錒系元素,即鈾同類的元素冷卻結晶。

「這些晶體純度很低,可能會含有鉛、釷等雜質,甚至可能只有一半的錒系元素,另一半是輕元素。」卡普蘭向Vice傳媒解釋他們的新研究。

在幾秒鐘之內,白矮星內這些怪異的晶體可以膨脹到沙粒的大小。因為鈾具有放射性且不穩定,某個原子核可能會向其最近的鄰居射出三個中子,從而引發一系列核裂變的連鎖反應,類似原子彈爆炸的機制。

這種情況下,由此帶來的熱量和能量將導致輕一些的元素,例如碳和氧發生核聚變反應,使得白矮星變成一顆核聚變炸彈。卡普蘭說,這就像「用宇宙內最小的核彈引爆宇宙內最大的核彈」。

「一旦有足夠的能量燃燒恆星內所有的碳和氧,接下來就像引燃了整個炸藥桶,一個超新星爆炸發生了,將徹底摧毀這顆恆星。」

霍洛維茲和卡普蘭表示,換句話說,他們認為只需要單個鈾原子核的衰變,就有可能引發一場超新星爆發。他們表示目前只是提出了這樣的理論,希望接下來,同行把這樣的假設置於各種電腦模型嘗試,進一步研究這些鈾裂變的熱量是否足以引發核聚變反應。

《物理評論快報》(Physical Review Letters)2月23日接受了他們的研究,將安排發表。預印網arXiv已於3月3日發表了這份研究。#